美国Flowserve公司的GASPAC984带中间迷宫密封的串联式干气密封操作规程

美国Flowserve公司的GASPAC984带中间迷宫密封的串联式干气密封操作规程（1）干气密封原理简述循环氢压缩机两端的轴封采用Flowerserve公司的GASPAC型干气密封，专门用于密封离心压缩机内的气体，该类型干气密封为集装式，在制造厂预装并完成压力试验后发货。干气密封是一种新型的非接触式轴封，是60年代末期从气体润滑轴承的基础上发展起来的，其中以螺旋槽密封最为典型。实践表明，干气密封在很多方面都优于普通接触式机械密封，由于干气密封属于非接触式密封，它的寿命比普通机械密封长许多倍。干气密封的出现改变了传统的密封观念，“用气封液或气封气”的新观念替代了传统的“液封气或液封液”观念，可保证任何被密封介质对大气的零泄漏。它是由两组串联配置的串级密封（即两个动环、两个弹簧加载的静环组件、腔体、轴套等零件依次排列组成）和内部迷宫密封组成，在大气侧配置了隔离密封。弹簧力和工艺气体压力的共同作用产生密封功能，密封环和保持环间的密封元件（O形圈）起副密封的作用。在串级密封中，工艺气侧的一级密封起主密封作用，并承受全部的压差，一级密封的运行是在工艺气介质中。大气侧的二级密封起备用安全的作用，由于在较低的压差下工作，且始终处于非接触状态，没有任何磨损，在一级密封损坏前始终处于理想的运转状态，可以起到良好的备用作用，一旦主密封失效，备用安全密封承担起主密封的作用。GASPAC型干气密封在动环和静环配合表面处的气体径向密封有其独特的专有技术，其配合表面的平面度和粗糙度很高，动环组件配合表面有一系列浅槽，正是依靠这些浅槽使干气密封能够在运转时产生流体动压，在流体动压效应的作用下使得密封面分开，由于这些浅槽是完全对称的T型槽，从而确保了干气密封能够完全双向旋转，在设计上避免了压缩机倒转引起干气密封损坏的可能性。（2）密封设计基础数据1）压缩机参数：压缩机型号BCL409/A密封处轴径Фmm100入口压力MPaG15出口压力MPaG18.5滞止压力MPaG18.5入口温度℃58出口温度℃≤150滞止温度℃正常转速rpm8904最大转速rpm10910跳闸转速rpm11782汽轮机最低转速rpm3002）现场环境及公共条件：大气最高温度℃40.4大气最低温度℃极端最低温度℃-18.1380V/50Hz低压电有220V/50Hz低压电有仪表电信号4-20mADC中压氮气压力MPa(g)正常最小最大温度℃环境低压氮气压力MPa(g)正常0.6MPa最小最大温度℃环境仪表空气压力MPa(g)正常0.5MPa最小0.3最大0.6温度℃40火炬压力MPa(g)正常400mmH2O最小最大（3）干气密封选型1）干气密封型号根据机组数据和现场条件，干气密封选用GASPAC984型带中间迷宫密封的两级串联式干气密封,隔离密封为非接触式碳环密封。该密封结构是内密封承担全部压力、外密封为安全备用密封、在串联密封的中间增加一个迷宫密封并注入氮气，使得由内密封泄漏的工艺气不能穿越该迷宫，而全部排放到火炬，以实现工艺气零泄漏。隔离密封注入氮气，防止润滑油进入干气密封以及防止工艺气泄漏到厂房内。干气密封增压器（泵）采用原装进口，应当至少有2000x104次使用寿命，不包括易损间寿命。增压器（泵）应当设间隔室，间隔室填料应当具有压力高时放火炬的功能。2）干气密封数据密封型号美国Flowserve公司的GASPAC984带中间迷宫密封的串联式干气密封密封尺寸/轴尺寸115mm/75mm设计压力10MpaG设计温度-20℃至150℃允许的轴向位移±2.5mm包括安装间隙允许的径向位移±0.6mm迷宫密封除外密封转子平衡度ISO1940G2.5(N=12103rpm)试验规范API617第七版功率损耗每一密封单元小于1KW3）干气密封配置方案及材料①密封形式：GASPAC984(双向旋转带中间及隔离密封的串联密封②密封产地：FLOWSERVE德国或美国③控制盘产地： FLOWSERVE中国④密封主要材料：部件名称标准材料可选材料备注旋转环碳化硅氮化硅取决于气体工况静止环石墨静止密封圈PTFE或杜邦公司全氟橡胶静止金属件1．4006旋转金属件1．4006弹簧哈氏合金C⑤干气密封的技术指标a、泄漏率气体泄漏(Nm3/H)压力转速内密封外密封*MpaGrpm期望值保证期望值保证1586354.5<5.50.24<0.661502.1<30.12<0.66b、功率损失压力MpaG转速rpm能量损失KW158635<3,5c、氮气消耗压力Mpa转速rpm氮气流量Nm3/H期望值保证Intermediatelabyrinth*~0,0286355.5<7.2Tertiaryseal~0,0186359.5<13（4）干气密封流程及控制系统说明1）一级密封气流程及控制说明正常运行时，采用压缩机出口气（18.5MPa;84.3℃）作为一级密封气的气源，压缩机正常运转时进口压力达到设计压力15MPa，出口压力达到设计压力18.5MPa；以保证一级密封气源相对于平衡管有较高的压差，干气密封设计为密封机组的进气压力，主密封进气腔的压力稍许高于进气压力，主密封气进入除雾器/预过滤分离器脱液除掉99.9%的液体和6微米以上的颗粒后，再经过F1（或F2）过滤器过滤后，经气动薄膜调节阀PDCV-11291气动薄膜调节阀将其阀后压力调整为：比压缩机平衡管压力高出0.3MPa左右，然后通过流量计进入高、低压端一级密封腔体。一级密封气的主要作用时防止压缩机内不洁净气体污染一级密封端面，同时伴随着压缩机的高速旋转，通过一级密封端面螺旋槽泵送到一级密封端面，同时伴随着压缩机的高速旋转，通过一级密封端面螺旋槽泵送到一级密封放火炬腔体，并在密封端面间形成刚性气膜，对端面起润滑、冷却等作用。该气体绝大部分通过压缩机的轴端迷宫进入机内，只有极少部分通过一级密封端面进入一级密封放火炬腔体。泄漏气在正常情况下通过限流孔板、单向阀泄放至火炬系统。在泄漏管线上装有爆破片，整定压力为400KPa，当泄漏管线出现高于正常压力时，安全爆破片就可以将泄漏气直接泄放至火炬，避免压力进一步升高对其它设备和部件造成破坏。另外，当压缩机在一定的运行模式下，如循环和启动时，压缩机还没有产生足够给干气密封供气的压差，在这种运行模式下，干气密封容易受到来自于机壳内的未经过滤的气体进入密封腔造成污染，在某些干气密封应用场合，例如，利用足够高压力的高压氮气气源作为干气密封的备用气源，无疑对系统提出了额外的要求，增压系统便有效地解决了这一问题。增压系统的运行由机组逻辑和连接两位球阀的电磁阀控制，一级密封气与平衡管压差信号值作为增压器投用的联锁条件，该值≤12KPa时，电磁阀接通，过滤后的氮气作为动力风驱动两位球阀，循环氢管路上的增压器立即投入使用，压缩循环氢，压力增大，保证通过迷宫密封的压差是正压差，防止机体内的含杂质的循环氢直接进入到一级密封腔内。当压差值高于28KPa时，增压器便停止工作。由于增压泵活塞是作往复运动的，会造成出口压力的脉动，所以在增压泵的下游设有减轻脉动强度的缓冲罐。增压系统下游的过滤器用于用于捕集增压系统后的任何污染和颗粒，可以去掉99.5%的3微米的固体颗粒和悬浮物。压缩机开、停车时，可使用备用氮气作为一级密封气的气源，该气源经另一端口进入密封系统后，其他流程同主密封流程。2）二级密封气、隔离气流程说明采用常温、0.6MP左右的低压氮气作为二级密封气的气源，该气源经法兰端口进入密封系统，经过滤器F3（或F4）过滤后，再经自力式压控阀PDCV11290减压后再分两条支路：一路通过流量计截止阀节流减压后进入低压端二级密封腔和高压端二级密封腔；另一路作为后置隔离气，分别经过各自的流量孔板、单向阀进入压缩机轴两端干气密封的最外侧的后置密封腔内，隔离密封位于密封壳体和压缩机轴承之间，阻止压缩机润滑油进入密封腔，污染密封端面，同时可防止工艺气向外进入润滑轴承箱，在后置密封腔和二级密封间还设置了排凝和放空线。二级密封气的主要作用是阻止从一级密封端面泄漏的少量介质气体进入二级密封端面，并保证二级密封安全可靠运行，其绝大部分气体与一级密封端面泄漏的少量介质气通过一级密封排放腔体进入放火炬管线，只有少部分气体通过二级密封端面泄漏后与后置隔离气一道通过轴承呼吸帽放空，分别通过音速孔板节流减压后进入高、低压端后置隔离密封腔；后置隔离气的主要作用是保证二级密封端面不受压缩机轴承润滑油气的污染。该气体一部分与从二级密封端面泄漏的少部分氮气通过后置密封梳齿经轴承润滑油呼吸帽放空；另外，为了简化气源的复杂性，0.6MPa的管网氮气经过滤器过滤后，为除雾排污电磁阀和一级密封气增压器提供动力风。需要说明的是：0.60MPa的管网氮气进入到后置密封腔和二级密封的密封腔前均设有单向阀，这些单向阀与一级密封的单向阀的压力等级是一样的，这样当一级密封失效后，0.60MPa的管网氮气的这些单向阀关闭，一方面可以防止倒流，另一方面可以确保二级密封由安全备用状态转入工作状态，避免事故的扩大。3）放火炬气体流程说明绝大部分的二级密封氮气与从一级密封端面泄漏的少量介质气体分别进入密封系统，然后经音速孔板S01、流量计FT-；音速孔板S02、流量计汇合后，进入放火炬管线。4）干气密封控制系统气密封控制系统正常运行时，采用压缩机出口气（18.5MPa.G;84.3℃）作为一级密封气的气源，当一级密封气与平衡管差压PDIT11297低于12KPa时，通过压力开关电控自动开启增压泵，增压至调节阀PDCV11291后压力高于机组平衡管差压≥12KPa，持续保证一级密封气源相对于平衡管有较高的压差，为密封提供干燥、干净、稳定的主密封气体（工艺气或外部气源）、提供氮气隔离气以及监测密封的运行状态。同时通过监测一级密封端面泄漏排火炬量和泄露压来控制系统的运行，其中泄漏量分别设有高报警和高高报警，同时监测主密封气流量，并带有流量低报警信号。5）控制系统主要报警点仪表编号功用描述低报警高报警高高报警PDIT11291主密封气过滤器压差√PDIT11290隔离N2过滤器压差√PDIT11293、11294主密封气供气孔板压差√√PDIT11295、11296主密封气排放孔板压差√√LT11290除雾器液位√PDIT11297主密封气与平衡管压差√PIT11290隔离N2压力√PS11290增压器泄漏压力√DCS逻辑主密封气与平衡管压差低Ampliflow增压器启动（用户提供电信号）DCS逻辑主密封气与平衡管压差高Ampliflow增压器停止（用户提供电信号）（5）操作说明干气密封系统安装后，在密封本体安装之前应从一级密封气入口法兰端口处接上0.4～0.6MPa的洁净仪表风或低压氮气连续吹扫4～6小时以上，直到用细纱漂白布贴近出口吹扫5分钟以上，用眼仔细观察确无灰尘、油污、水分等杂质为合格，吹扫干净后关闭所有阀门，处于待命状态。1）密封投用操作步骤①打开系统所有常开取压阀，投用现场压力表、变送器、压力开关等。②投用隔离气：油运开始前至少十分钟，投入后置隔离气，系统引氮气至干气密封盘，投用密封氮气过滤器，检查过滤器前后差压是否大于60Kpa，并低点排凝，投用自立式调节阀PCV11290，保证调节阀后压力大于47Kpa，然后依次打开各截止阀，投入后置隔离气至压缩机前后轴承腔。同样，当油运停止十分钟，回油管却无油流动后，方可切断后置隔离气。③投用主密封工艺气：压缩机进工艺气或者做气密试验之前，应首先投入一级密封工艺气，系统因压缩机出口介质或高压氮气至干气密封盘，依次投用除液器、增压器（泵）、工艺气过滤器以及主密封工艺气自立式调节阀PDICV11291,保证调节阀后压力大于232Kpa，然后打开高、低压端密封各截止阀，投入驱动、非驱动端一级密封气，观察流量计PDI-11293、PDI-11294流量计显示值，调整流量计后节流阀使驱动、非驱动端一级密封气流量值各保持在506NNm3/h左右，当压缩机停运，机内气体排净后方可关闭一级密封进气。④投用主密封气泄漏至火炬流程：打通驱动、非驱动端主密封气泄漏气至火炬线流程，监测驱动、非驱动端主密封气泄漏量PDI-11295、11296流量，保证正常流量各保持在12Nm3/h左右，并在中控室设定好其各自上、下限报警值；⑤投用二级密封气：一级密封气投用后，开通放火炬管线，然后投入二级密封气。投用自立式调节阀PDCV11290，保证调节阀后压力大于120Kpa，然后依次打开各截止阀，分别投用驱动、非驱动端二级密封气，监测各自流量计保证维持63Nm3/h左右的二级密封氮气。⑥投用干气密封其他附属设备：打通所有的排火炬或低点排凝管线流程，检查各个过滤器差压是否大于60Kpa，有无积液现象，否则切换过滤器并排凝缩液，投用除液器、增压器系统及PS-11290压力开关的上限报警、连锁停车方式（见报警连锁图）。2）注意事项①油运开始前至少十分钟，投入后置隔离气；同样油运停止至少十分钟之后，回油管线却无油流动，方可切断后置隔离气。油运开始后，后置隔离气就不能停止，本着“先通气后开润滑油，先停润滑油后停气”的原则，始终使干气密封在一种有气体保护的状态下运行否，则会对密封造成损坏。②压缩机组投入介质气体前，必须首先投入一级密封气，以防机内介质气污染一级密封端面；同时保证一级密封气与压缩机平衡管的压差大于0.10MPa以上。③投用过滤器时应先缓慢打开过滤器下游球阀，再缓慢打开上游球阀，以防过滤器上、下游球阀打开过快，对过滤器滤芯造成瞬间压力冲击而损坏，正常工作状态下过滤器滤芯工作周期最长为两年。④更换过滤器滤芯时，应先缓慢打开备用过滤器上、下游球阀，投用备用过滤器。然后再关闭需更换滤芯的过滤器上、下游球阀，进行滤芯更换。（用于一级密封气源过滤的F1、F2过滤器更换滤芯前，须打开底部阀门泄掉过滤器及储液罐内的压力，然后松开上、下终端活接头，方可卸下外壳更换滤芯）。⑤投入流量计PDI-11293、11294时，应先打开旁路阀门，再打开流量计上、下游球阀，然后缓慢关闭流量计旁路阀门，并调整其下游截止阀使流量计的流量值为506Nm3/h左右，同时注意气动薄膜调解阀PDIT-11297显示值应稳定在0.1MPa左右。⑥开车正常后，一级密封气可由氮气切换为压缩机出口气，同时密切注视气动薄膜调解阀PDIT-11297压差变送器、PI-11297压力表显示值不应有下降趋势。⑦当压缩机紧急停车后应将密封气源快速切换为备用氮气，并卸掉机内压力⑧每天至少对密封系统装置进行两次巡回检查，重点检查一级密封气的气源压力、二级密封气和后置隔离气的气源压力是否稳定并符合要求，过滤器是否出现堵塞，转子流量计指示值是否稳定，差压变送器指示值是否超限报警等。（6）干气密封故障判断及处理①开车前，只有当PDICA-11291的显示值≥0.10MPa、PDI-11295、11296显示值≥4.5Nm3/h时，并在其它条件都满足的情况下，才能允许压缩机启动。同时当PI11290≤0.35MPa时不允许轴承润滑油泵启动②开车后，当二级密封进气稳定，若火炬线流量计FIA-103或FT-104的流量值持续出现超限报警，则表明对应端密封可能有问题，建议停车检查对应端密封。上限报警表明一级密封泄漏量过大，下限报警表明二级密封泄漏量过大③当密封系统一级密封排气管线上PS-11290压力开关出现上限报警联锁信号时，表明其对应端一级密封端面损坏，中控室DCS（PLC）发出报警信号的同时应联锁停车，拆卸并检查对应端密封。④当一级密封进气压力与压缩机平衡管参考气压差PDICA-11297的显示值≤0.028MPa时，表明一级密封气源压力偏低，应及时查找原因；当PDICA-11297的显示值≤0.012MPa时，通过中控室PLC发出信号自动打开电磁开关阀SV-101电控自动开启增压泵，给主密封工艺气增压后经调节阀PDCV11291后稳压，保证高于机组平衡管差压≥0.1Mpa；PDICA-11297的显示值≥0.028MPa时，自动关闭电磁开关阀SV－101。通过中控室PLC发出信号自动打开电磁开关阀SV-101电控关闭增压泵，由压缩机出口气作为稳定气源，如此往复控制增压泵，由于增压泵活塞是作往复运动的，会造成出口压力的脉动，所以在增压泵的下游设有减轻脉动强度的缓冲罐